智能黑板擦设计报告范文Word文档下载推荐.docx
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11-422赵恒
11-422刘晨博
11-422贾战鹏
指导教师:
海军工程大学训练部
二〇一四年三月十日
前言
“一根粉笔,三尺讲台”,这是对教师的由衷赞美。
殊不知,赞美背后,隐忧多多。
板书带来的“粉笔综合症”已成为广大师生的头号健康隐患。
教师常年使用粉笔,不自主地“吸”入大量粉尘,容易患上呼吸系统疾病。
而学生与粉笔尘接触时间长,易受教室二次扬尘的危害,她们受到的危害甚至比教师更为严重。
一名学生从小学到读完大学至少需要时间,这正是生长发育的黄金时期,却要不断受到粉笔灰尘的侵袭;
一名教师从站到讲台上到退休大多在40年左右,生命的大半时间都要“吃粉笔灰”。
因为每天上课要写板书、擦黑板,粉笔灰经常把老师弄得蓬头垢面。
而且老师总是一边写板书,一边讲解,甚至有时一边擦黑板,粉笔灰也就自然而然地被吸进去。
要是遇到上老师感冒、咳嗽,粉笔灰更是雪上加霜,严重的还会引发哮喘。
据估算,一般而言,一名中学语文老师在一节45分钟的课上,需要写一黑板的板书,而一黑板的板书需要用掉半支粉笔;
而一名中学英语老师或数学老师在一节45分钟的课上,往往需要写5黑板的板书,大约就要用掉两支半的粉笔。
而毕业班的老师一天最多需要6节课,就相当于要“吸”掉12支粉笔。
一、设计目的
众所周知,黑板是我们日常学习中必不可少的一样教具,无论是从小学还是到大学,都会使用到黑板,而一般我们平时使用的人工黑板擦不但费时、费力,还有粉尘污染空气的缺点。
因此,我们就有了“全自动黑板擦”的这个设想。
从而达到使广大师生减少劳动强度及
不受粉尘危害、身心健康得到保护的目的。
另外,经过我们调查,当前市场中虽已有自动黑板擦,但大多数都是针对一块黑板,而且使用起来不方便,没有真正达到自动和无尘的目的,因此我们设计了此“全自动无尘黑板擦”。
全自动无尘黑板擦包括固定黑板擦的横梁,驱动电机,联轴器,电机支架,齿轮,齿条,齿条架,导轨,燕尾,燕尾槽,防尘罩,电机罩,螺杆,滑块,连杆,黑板擦架,螺钉,螺栓,螺母等一系列零件。
二、工作原理
1.控制方式
用两个电动机作动力,控制电机驱动黑板擦的上下运动和导轨的左右运动。
控制方式可采用单片机进行控制,采用类似于数控机床的编程控制方式,能够擦除特定区域的字迹。
在到达工作指定点之前抬起黑板擦进行快进,工作时放下黑板擦,压紧黑板慢进,整体提高工作效率。
2.定点原理
利用单片机接2.4GHz无线通信模块发送指令,黑板接收端接收到对应的指令,执行动作。
利用黑板上宫格的分区,分出3*6的格子,利用相似的原理,按动遥控器的对应按键,擦除对应分区!
3.吸合与无尘
黑板擦除装置采用电磁吸合装置,使既可贴紧黑板,亦可不贴紧黑板。
即当在“擦除”状态时,经过电路(见图1)接通,衔铁与线圈吸合,使黑板擦与黑板紧密接触,从而当黑板擦上下移动时,黑板擦擦除笔迹。
而在“不擦除”状态时,吸合电路并不接通,毛刷与黑板不接触,从而不具有擦除作用。
黑板擦后安装塑料盒,盒内加装小型风扇(见图2),从而罩住、收集擦除字迹时产生的粉尘,使本装置具有“无尘”功能。
因此,当我们需要擦黑板时,就无需直接动手去操作,而是经过控制开关,来实现黑板擦的上下移动与擦除,这样就给使用者带来不少便捷之处。
图1
图2
三、设计方案
1.黑板擦移动设计方案
电动机经过减速器与链轮连接,经过链传动控制黑板擦的移动,而电动机的正反转则可实现黑板擦的上下移动,实现电动机正反转的电路图如图3,SBF相当于“上升”按钮,即按下SBF时电动机正转,带动黑板擦向上移动;
SBR相当于“下降”按钮,即按下SBR时电动机反转,带动黑板擦向下移动。
同理,能够控制横梁从而实现板擦左右移动。
图3
2.擦除装置设计方案
在导轨中装有黑板擦,在黑板擦的两端分别设置一衔铁。
在贴近黑板擦的边框两边分别固定一个线圈(已缠有相应匝数的导线),两线圈经过开关分别与相应的电源连接。
开关闭合时,线圈通电产生电磁力,在电磁力的作用下,黑板擦两端的衔铁克服弹簧的作用力与线圈吸合,从而实现了黑板擦与黑板面的紧密接触,经过黑板擦的移动,来实现擦除功能。
开关断开时,电磁力消失,黑板擦两端的衔铁在弹簧的作用下与线圈分离,从而黑板擦与黑板分离,黑板擦上下移动时,不会擦除黑板上的字迹。
在黑板擦上面加一等长的塑料罩盒收集散落的粉笔灰尘,从而实现黑板上字迹的擦除功能和无尘功能。
四、功能、特点及应用前景
1、功能
传统的黑板擦需要手动实现其运动,而且需要人力擦除黑板笔迹,针对这些费时、费力和粉末污染等弊端,我们设计了以上方案,该方案是建立在自动控制与机械运动原理的基础之上,综合了机械运动与电器的自动化控制,实现了黑板擦的多功能、模块化和自动化设计。
全自动无尘黑板擦主要具有以下几部分功能:
(1)利用电动机可实现正反转的原理,经过减速器、齿轮和链条来实现黑板擦的自动上下运动。
(2)利用电磁吸合原理,使擦除装置与黑板能够自动接触与脱离,从而实现随时、随意擦除黑板的功能。
(3)利用静电原理,避免了粉尘随意漂浮的缺点,实现了粉尘的集中清理功能。
(4)经过电路、开关和操作面板,实现所有运动的自动化控制。
2、特点
在设计过程中,采用了机械运动和自动控制相结合的创新设计方法,使全自动无尘黑板擦与传统的黑板擦除方法相比,具有如下优点:
(1)黑板擦的上下运动经过按钮自动控制,方便可靠、省时省力,节省了上课时间,提高了上课效率。
(2)由于采取了粉尘集中清除措施,在黑板擦上面加一塑料罩盒收集散落的粉笔灰,从而避免了擦黑板过程中产生的灰尘给老师、同学带来的身体危害,具有环保型的特点。
(3)本方案采用了主电路与控制电路相分离的方法,从而操作安全。
(4)本方案所实现的功能,是根据现已有黑板的尺寸及特点设计的,因此安装时只需对原黑板经过改造,既能达到全自动无尘的效果,而无需将原黑板全部换掉。
(5)结构简单,成本低,便于安装。
(6)系统原理简单,操作方便。
3、应用前景
随着多媒体技术的发展,课堂教学对黑板已不是像以前那样依赖,但黑板的方便书写的特点仍是不可替代的,因此黑板仍是课堂教学所不可缺少的。
可是,由于传统的黑板擦除方法存在着很多弊端,在当今以人文本、全面建设和谐社会的趋势下,这种弊端越来越显现出来,因此,全自动无尘的黑板擦除装置,势必在今后教学设备中占有一席之地。
经过我们的调查,市场中也已存在不少类似产品,但这些产品中绝大多数并没有完全实现“全自动”与“无尘”的结合,甚至有些产品反而使操作更复杂,针对这些问题,我们所设计的本套全自动无尘黑板擦不但实现了“全自动”与“无尘”的完美结合,真正做到了操作简便、安全,而且整套装置是根据现已有的黑板设计的,在原有黑板上只需经过改造,即可成为本产品,因此,该产品较同类产品更具有竞争力,更具有广阔的市场前景。
五、主要创新点
1、功能创新
全自动无尘黑板实现了黑板擦的自动上下运动、擦除装置的自动接触和分离与粉尘的集中清除等功能。
2、模块化设计
根据以上功能的分解和组合,将自动无尘黑板按模块分别设计,最后按功能需要组合而成。
3、概念设计
传统黑板需要老师或学生亲自动手擦除粉笔字迹,费时费力,影响上课效率,危害老师学生的身体健康。
而全自动无尘黑板则解决了此种问题,实现了其运动与擦除功能的自动化,并经过利用粉尘收集装置解决了环保问题。
在概念设计上做到了创新。
4、最简化原则
虽然该设计功能较多看似复杂,并在控制上实现了一定程度的智能自动化控制,可是其在结构上却相当简单明了,做到了以简单的结构实现复杂功能的目的。
为产品的生产和应用提供了方便。
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